Petrochemical Application of Low Field Benchtop NMR: Characterization of Polyols and Epoxy Resins

Význam tématu

Analytická kontrola petrochemických derivátů je klíčová pro zajištění konzistentní kvality produktů v oblasti polyuretanů, epoxydů i paliv.
Benchtop NMR spektroskopie nabízí rychlou, nenáročnou a nákladově efektivní alternativu k tradičním vysokopolním přístrojům, umožňující provádět QC analýzy přímo v laboratořích výrobních závodů.

Cíle a přehled studie

Hlavním cílem bylo demonstrovat schopnost nízkopolního 1H NMR benchtop spektrometru (picoSpin 80/45) při:

• kvantifikaci obsahu ethylen oxidu (EO) v polyether polyolech,
• znakování a QA/QC epoxidových pryskyřic,
• odhadu procentuálního obsahu etanolu v běžném benzinu E10.

Studie porovnává výsledky s referenčními metodami dle ASTM D4875-11 a s měřeními na vyšších polních spektrálních přístrojích.

Použitá metodika a instrumentace

Pro záznam 1H NMR spekter bylo použito:

• benchtop spektrometr Thermo Scientific picoSpin 80 MHz (polyoly, epoxidy),
• benchtop spektrometr Thermo Scientific picoSpin 45 MHz (paliva),
• referenční FT spektrometry Varian XL-100 a Bruker AMX 300 MHz pro porovnání kvality spekter,
• software Mnova pro simulace a predikci spekter.

Metoda kvantifikace EO obsahu v polyolech vychází z integrace PO methylových protonů (0,6–1,6 ppm) a EO/PO metylénových a metinových protonů (2,8–4,0 ppm) podle vzorce popsaného v ASTM D4875-11.

Hlavní výsledky a diskuse

Analýza vzorků polyolů ukázala přesné určení procentuálního zastoupení EO u neznámých vzorků A a B s rozlišením lepším než ±1 % hmotnostních.

Testy epoxidových pryskyřic potvrdily možnost rychlé identifikace klíčových signálů epoxidové skupiny i vedlejších příměsí bez předchozího zpracování vzorku.

U benzinu E10 benchtop NMR umožnil odhad etanolu v rozmezí deklarovaných 10 % objemových s odchylkou menší než 0,5 %.

Spektrální rozlišení benchtop přístrojů se ukázalo dostačujícím pro rutinní QC úkoly, i když nedosahuje komplexnosti vysokopolních zařízení pro náročné výzkumné aplikace.

Přínosy a praktické využití metody

• možnost in-house analýzy bez nutnosti odesílání vzorků do externích laboratoří,
• rychlá odezva (minuty na jedno spektrum),
• nižší pořizovací i provozní náklady oproti 300 MHz přístrojům,
• uživatelsky přívětivé ovládání vyhovující personálu QC laboratoří.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozvoj benchtop NMR v oblasti automatizovaných inline měření v provozech a integrace s digitálními podniky.
Vhodné aplikace zahrnují sledování polymerizačních procesů, kontrolu složení biopaliv, i rozšíření na další deriváty ropných produktů.
Implementace pokročilých algoritmů pro automatickou dekonvoluci spekter a strojové učení by mohla rozšířit citlivost a rychlost interpretace dat.

Závěr

Nízkopolní benchtop NMR prokázal vysokou přidanou hodnotu v rutinní QC petrochemických surovin a produktů.
Analýzy polyolů, epoxidů i motorových paliv lze s jeho pomocí realizovat rychle, spolehlivě a nákladově efektivně přímo v místě spotřeby.

Reference

ASTM Standard D4875-11. ASTM International, 2011.
Hammond C. E., Kubick D. K. J. Am. Oil Chem. Soc. 1994, 71, 113–115.